DE10252070B4

DE10252070B4 - Kommunikationsendgerät mit parametrierter Bandbreitenerweiterung und Verfahren zur Bandbreitenerweiterung dafür

Info

Publication number: DE10252070B4
Application number: DE10252070A
Authority: DE
Inventors: Stefano Ambrosius Dr. Klinke; Frank Lorenz
Original assignee: Palm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2022-11-09
Also published as: WO2004042701A1; EP1559096B1; DE10252070A1; DE50305381D1; EP1559096A1; CN1711591A; ES2273086T3; US8121847B2; US20060111150A1; AU2003301889A1

Abstract

Kommunikationsendgerät mit einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals auf seiner niederfrequenten und/oder hochfrequenten Seite durch Synthetisieren mindestens eines Frequenzbandes aufgrund des schmalbandigen Sprachsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreitenerweiterungseinrichtung (5) mit einem Speicher (4) in Verbindung steht, in dem eine Verweistabelle abgelegt ist, die für mindestens zwei Nettobitraten des schmalbandigen Sprachsignals jeweils mindestens einen Parameterwert für die Bandbreitenerweiterung enthält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsendgerät mit einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals auf seiner niederfrequenten und/oder hochfrequenten Seite durch Synthetisieren mindestens eines Frequenzbandes aufgrund des schmalbandigen Sprachsignals.
Bei derzeit in den Markt eingeführten Mobiltelefonen als Beispiele für Kommunikationsendgeräte sieht der einschlägige GSM-Standard vor, dass eine einheitliche Nettobitrate für den Sprachcodierer benutzt wird, der die Funktion der Kodierung von Sprachsignalen in datenreduzierte schmalbandige Sprachsignale ausübt, die über eine Sendeendstufe des Kommunikationsendgerätes ausgestrahlt werden. Die GSM-spezifische Nettobitrate beträgt 12,2 kbit/s und bezieht sich z. B. auf den weitverbreiteten EFR-Codec. Weiterentwicklungen des EFR-Codec zielen jedoch darauf ab, für den Sprachcodierer mit verschiedenen Nettobitraten arbeiten zu können. In diesem Zusammenhang ist der NB-AMR-Codec („Narrow Band Adaptive Multi Rate”) zu nennen, der insgesamt acht verschiedene Nettobitraten für den Betrieb des Sprachcodierers ermöglicht, nämlich die Nettobitraten 4,75; 5,15; 5,9; 6,7; 7,4; 7,95; 10,2 und 12,2 kbit/s. Dabei wird von den niedrigeren Nettobitraten erwartet, dass sie gerade bei vergleichsweise schlechten Funkübertragungsstrecken Vorteile zeigen, da die ausgestrahlten Signale mit einer höheren Redundanz versehen werden können.
Ebenfalls im Stand der Technik bekannt ist die Maßnahme, ein Kommunikationsendgerät mit einer Bandbereitenerweiterungseinrichtung vorzusehen, die mittels eines geeigneten Algorithmus ein schmalbandiges Sprachsignal, das von dem Kommunikationsendgerät empfangen wurde, auswertet und aufgrund der Auswertung mindestens ein weiteres Frequenzband synthetisiert. Üblicher Weise liegt das derzeit verwendete schmalbandige Sprachsignal in dem Frequenzband zwischen 300 Hz und 3.400 Hz. Sowohl auf der niederfrequenten als auch auf der hochfrequenten Seite dieses Frequenzbandes können zusätzliche Frequenzbänder durch Synthetisieren hergestellt werden, so dass eine Bandbreitenerweiterung verwirklicht wird. Solche Kommunikationsendgeräte mit Bandbreitenerweiterung sind bisher jedoch nur im Zusammenhang mit Sprachcodierern vorgeschlagen worden, die mit einer einzigen Nettobitrate arbeiten.
Aus DE 198 04 581 C2 ist eine Mobilstation mit einer Einrichtung zur Bandbreitenerweiterung bekannt, wobei bei Umschalten der Bitrate des Sprachkodierers von einem breitbandigen zu einem schmalbandigen Sprachkodierverfahren die Bandbreitenerweiterung aktiviert wird, um für kurzzeitige Störungen, wie z. B. bei Funkabschattungseffekten den Klangeindruck der breitbandigen Übertragung beim Hörer aufrechtzuerhalten.
Aus DE 101 02 173 A1 ist ein Verfahren zum Umsetzen von parametrisch codierten Sprachsignalen bekannt, bei dem die codierten Sprachsignale zwei verschiedene Bitraten einer schmalen und einer breiten Bandbreite aufweisen und die codierten Sprachsignale entsprechend ihrer Bandbreite in Sprachsignale einer breiten Bandbreite oder einer schmalen Bandbreite decodiert werden, und bei dem die Bandbreite der decodierten Sprachsignale mit schmaler Bandbreite künstlich verbreitert wird, wozu zumindest ein bei der Decodierung ermittelter Parameter herangezogen wird.
Aus GB 2 357 682 A ist ein Verfahren zum Übergang von einem breitbandigen Sprachkanal zu einem schmalbandigen Sprachkanal in einer Kommunikationseinrichtung bekannt, bei dem zur Vermeidung von hörbaren Verschlechterungen der Sprachqualität ein künstliches breitbandiges Sprachsignal aus dem schmalbandigen Signal erzeugt wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationsendgerät bereitzustellen, bei dem auch bei Verwendung von mehreren Nettobitraten für das schmalbandige Sprachsignal eine qualitativ zufriedenstellende Bandbreitenerweiterung durchführbar ist. Auch soll ein Verfahren zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals bei einem Kommunikationsendgerät angegeben werden, das bei Kommunikationsendgeräten anwendbar ist, die mit mehrere Nettobitraten für das schmalbandige Sprachsignal arbeiten.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Kommunikationsendgerätes gelöst durch ein Kommunikationsendgerät mit einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals auf seiner niederfrequenten und/oder hochfrequenten Seite durch Synthetisieren mindestens eines Frequenzbandes aufgrund des schmalbandigen Sprachsignals, wobei die Bandbreitenerweiterungseinrichtung mit einem Speicher in Verbindung steht, in dem eine Verweistabelle abgelegt ist, die für mindestens zwei Nettobitraten des schmalbandigen Sprachsignals jeweils mindestens einen Parameterwert für die Bandbreitenerweiterung enthält.
Bei dem neuen Kommunikationsendgerät ist somit vorgesehen, einen Speicher zur Verfügung zu stellen, der für jeweils verwendete Nettobitraten geeignete Werte für Parameter enthält, die die Qualität der Bandbreitenerweiterung bestimmen. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass eine optimale Parametrierung für die Bandbreitenerweiterung davon abhängig sein kann, welche Nettobitrate von einem Sprachcodierer gerade verwendet wird, auf den das empfangene schmalbandige Sprachsignal zurück geht. Aus diesem Grund wird der Speicher vorgesehen, der beispielsweise empirisch ermittelte Werte für die Parameter enthält, wobei für die jeweiligen Nettobitraten jeweils auditiven Tests durchgeführt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die in dem Speicher abgelegte Verweistabelle als Parameter für die Bandbreitenerweiterung eine Energie eines synthetisierten Frequenzbandes und eine spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes berücksichtigen. Dies bedeutet, dass in der Verweistabelle für eine jeweilige Nettobitrate Werte abgelegt sind, von denen einer Aufschluss über die Energie eines synthetisierten Frequenzbandes gibt, während ein zweiter Parameterwert die spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes bestimmt.
Beispielsweise kann die Energie eines synthetisierten Frequenzbandes bei vergleichsweise niedriger Nettobitrate eher gering sein, da hier die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Artefakten im schmalbandigen Sprachsignal eher hoch ist. Artefakte in dem schmalbandigen Sprachsignal führen grundsätzlich zu Fehlern in dem synthetisierten Frequenzband, da die Synthetisierung auf einer Auswertung des schmalbandigen Sprachsignals beruht. Deshalb kann es günstig sein, bei niedriger Bitrate eine Gesamtenergie des synthetisierten Frequenzbandes niedrig zu halten.
Auch im Hinblick auf die spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes kann eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Artefakten berücksichtigt werden. Sofern diese Artefakte innerhalb eines Frequenzbandes des schmalbandigen Sprachsignals ausreichend lokalisiert sind, kann im synthetisierten Frequenzband eine geringe Intensität für diejenigen Frequenzen vorgesehen werden, die auf Frequenzanteilen im schmalbandigen Sprachsignal beruhen, die mit Artefakten behaftet sind.
Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals bei einem Kommunikationsendgerät, mit den Schritten:

a) Erfassen einer Nettobitrate des schmalbandigen Sprachsignals des Kommunikationsendgerätes,
b) Zugreifen auf einen Speicher, der eine Verweistabelle enthält, die Zuordnungen zwischen mindestens zwei Nettobitraten und Parameterwerten für eine Bandbreitenerweiterung enthält, zur Ermittlung des für die erfasste Nettobitrate geeigneten mindestens einen Parameterwertes,
c) Durchführen der Bandbreitenerweiterung mittels einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung aufgrund der in Schritt b) für eine aktuelle Bitrate ermittelten Parameter.

Bei diesem Verfahren wird der Tatsache Rechnung getragen, dass beispielsweise im Laufe einer Kommunikationsverbindung auch ein Wechsel von einer ersten Nettobitrate zu einer zweiten Nettobitrate für einen Sprachcodierer möglich ist, der das schmalbandige Sprachsignal erzeugt. Aus diesem Grund wird in dem Schritt a) eine aktuelle Nettobitrate des Sprachcodierers erfasst, so dass aufgrund dieser Nettobitrate in Schritt b) die passenden Werte für die Parameter der Bandbreitenerweiterung aufgefunden werden können. Aufgrund der Ergebnisse des Schrittes b) kann dann eine möglichst günstige Durchführung der Bandbreitenerweiterung in Schritt c) vorgenommen werden.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 bis 6 niedergelegt, deren Gegenstände bereits oben anhand der Beschreibung des Kommunikationsendgerätes erläutert sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der einzigen Zeichnungsfigur noch näher erläutert, die ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationsendgerätes zeigt.
Wie aus der Figur hervorgeht, gelangen bei einem mobilen Kommunikationsendgerät auf einer Sendeseite Sprachsignale von einem Mikrofon 1 aus zu einem Sprachcodierer 2, der zur Komprimierung der Datenübertragungsrate eingesetzt wird. Der Sprachcodierer 2 arbeitet nach der Methode des „Linear Predictive Coding” (LPC), bei der ein Entstehungsprozess eines Sprachsignals im menschlichen Sprechtakt nachgebildet wird. Der Sprachcodierer 2 arbeitet mit verschiedenen Nettobitraten, und zwar mit derjenigen Nettobitrate, die netzseitig für das sendende Kommunikationsendgerät und gleichzeitig für ein empfangendes mobiles Kommunikationsendgerät festgelegt wird. Diese Festlegung vollzieht sich unter Berücksichtigung beider Funkstrecken von dem sendenden mobilen Kommunikationsendgerät über beteiligte Netzstrukturen zu dem empfangenden mobilen Kommunikationsendgerät, mit dem eine Kommunikationsverbindung aufzunehmen ist. Die Nettobitrate kann sich beispielsweise bei einer sich im Laufe der Kommunikationsverbindung ergebenden Verschlechterung dahingehend ändern, dass sie auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt wird.
Ein Prozessor 3 des empfangenden mobilen Kommunikationsendgerätes erhält netzseitig Informationen darüber, welche Nettobitrate aktuell für die Verbindung zwischen den beiden mobilen Kommunikationsendgeräten zu verwenden ist. Abhängig von dieser Information greift der Prozessor 3 auf einen Speicher 4 zu, in dem eine Verweistabelle abgelegt ist, die sämtliche möglichen Nettobitraten für den Sprachcodierer 2 enthält und jeweils zugehörige Werte für wenigstens die wesentlichen Parameter für eine Bandbreitenerweiterung umfasst, die mittels einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung 5 vorgenommen wird.
Zwischen den Sprachkodierer 2 auf der Sendeseite und die Bandbreitenerweiterungseinrichtung 5 auf der Empfangsseite sind in der Praxis weitere funktionelle Bauelemente geschaltet, die u. a. auch die Funkübertragung der kodierten Sprachsignale übernehmen, hier jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der Figur dargestellt sind.
Bei den wesentlichen Parametern für die Bandbreitenerweiterung handelt es sich beispielsweise um eine Gesamtenergie eines mittels einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung 5 synthetisierten zusätzlichen Frequenzbandes, das beispielsweise auf der hochfrequenten Seite des schmalbandigen Sprachsignals liegt, das auf den Sprachcodierer 2 zurück zu führen ist. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die spektrale Verteilung der Intensitäten in dem synthetisierten Frequenzband.
Beide genannten Hauptparameter für die Bandbreitenerweiterung tragen der Tatsache Rechnung, dass in dem schmalbandigen Sprachsignal gerade bei niedrigen Bitraten Artefakte vorliegen können, die sich im Wege der Bandbreitenerweiterung auch auf das synthetisierte Frequenzband auswirken. Generell kann davon ausgegangen werden, dass bei einer niedrigen Bitrate die Wahrscheinlichkeit für Artefakte in dem schmalbandigen Sprachsignal eher groß ist. Aufgrund dessen wird gerade bei niedrigen Bitraten sowohl die Gesamtenergie des synthetisierten Frequenzbandes niedrig sein als auch eine spektrale Gewichtung des synthetisierten Frequenzbandes dahingehend vorliegen, dass Frequenzintervalle niedrig gewichtet werden, bei denen das Vorliegen von Artefakten im zugehörigen Frequenzintervall im schmalbandigen Frequenzband des Sprachsignals mit hoher Wahrscheinlichkeit gegeben ist.
Ein Ausgangssignal der Bandbreitenerweiterungseinrichtung 5, das sowohl das schmalbandige Sprachsignal als auch ein synthetisiertes Frequenzband, das von der Bandbreitenerweiterung herrührt, umfasst, wird an einen Lautsprecher 6 geleitet, über den die Ausgabe von Sprachsignalen erfolgt.

Claims

Kommunikationsendgerät mit einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals auf seiner niederfrequenten und/oder hochfrequenten Seite durch Synthetisieren mindestens eines Frequenzbandes aufgrund des schmalbandigen Sprachsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreitenerweiterungseinrichtung (5) mit einem Speicher (4) in Verbindung steht, in dem eine Verweistabelle abgelegt ist, die für mindestens zwei Nettobitraten des schmalbandigen Sprachsignals jeweils mindestens einen Parameterwert für die Bandbreitenerweiterung enthält.
Kommunikationsendgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Speicher (4) abgelegte Verweistabelle als Parameter für die Bandbreitenerweiterung eine Energie eines synthetisierten Frequenzbandes und eine spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes berücksichtigt.
Verfahren zur Erweiterung einer Bandbreite eines schmalbandigen Sprachsignals bei einem Kommunikationsendgerät, mit den Schritten: a) Erfassen einer Nettobitrate des schmalbandigen Sprachsignals des Kommunikationsendgerätes, b) Zugreifen auf einen Speicher (4), der eine Verweistabelle enthält, die Zuordnungen zwischen mindestens zwei Nettobitraten und Parameterwerten für eine Bandbreitenerweiterung enthält, zur Ermittlung des für die erfasste Nettobitrate geeigneten mindestens einen Parameterwertes, c) Durchführen der Bandbreitenerweiterung mittels einer Bandbreitenerweiterungseinrichtung (5) aufgrund der in Schritt b) für eine aktuelle Bitrate ermittelten Parameter.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verweistabelle als Parameter eine Energie eines synthetisierten Frequenzbandes und eine spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem mit abnehmender Nettobitrate die Energie des synthetisierten Frequenzbandes abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die spektrale Struktur des synthetisierten Frequenzbandes eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Artefakten bei bestimmten Frequenzen in dem schmalbandigen Sprachsignal berücksichtigt.